【3Dプリント知識】初心者向け入門：5種類の代表的な3Dプリント技術の比較と仕組み（2021年9月更新）

3Dプリントは金型製作と比較して、社内製造によるコスト削減が可能であり、さらに自由度の高いラピッドプロトタイピングを実現できます。現在、市場で最も一般的に使用されている3Dプリント技術は、FDM（熱溶解積層）、SLA／DLP／LCD（光造形）、そしてSLS（レーザー粉末焼結）です。そのほかにも、さらに高度なMJF（マルチジェットフュージョン）やPolyJet（カラーインクジェット）など、新しい3Dプリント技術も登場しています。初心者の方もご安心ください。一緒に分かりやすく解説していきましょう！ すべての3Dプリント技術に共通する基本原理は、3D CADモデルを水平にスライスして個別の断面データに変換し、それらを順番に積み重ねることで立体物を造形することです。ただし、FDM、LCD、SLS技術では、その造形方法に本質的な違いがあります。以下では、それぞれの技術について詳しく説明します。

3Dプリント技術では、造形時に重力の影響を考慮する必要があります。空中に浮いた状態の物体を想像すると、下方向へ落ちてしまいます。そのため3Dプリント材料が造形中にオーバーハング構造に到達した場合、材料が垂れ下がるのを防ぎ、空中部分を形成するための補助材料を追加で作成する必要があります。この構造は一般的にサポート材と呼ばれ、プリント方式によって使用方法や材料も異なります。その中でもSLS（レーザー粉末焼結）技術では、通常このようなサポート構造を必要としません。詳細は後ほど説明します。
FDMは最も普及している3Dプリント技術（またはFFFとも呼ばれます）です。その3Dプリント材料は通常、リール状で供給される熱可塑性ポリマーで、一般的にフィラメントと呼ばれています。フィラメント径は1.75mmまたは3mm（または2.85mm）が標準規格で、加熱ノズルから押し出されます。加熱ノズルは移動機構に取り付けられており、ノズルから押し出された材料をプリントエリア内で一層ずつ積層し、冷却・固化させることで造形物を完成させます。3DMartでは主にUltimaker、BCN3D、Prusa、SnapmakerなどのブランドによるFDM熱溶解積層3Dプリンターを取り扱っています。
FDMは通常、オフィス環境での使用に適しており、操作やメンテナンスも容易で、化学薬品を使用した後処理を必要としません。使用可能な材料の種類は非常に豊富で、比較的安価かつ扱いやすく、長期間保存することも可能です。FDM技術では場合によってサポート構造が必要になりますが、CAD設計時に工夫することでサポート材を効果的に削減できます。市場には初期のシングルノズルタイプから、最新のデュアルノズルタイプまで存在し、デュアルノズルを使用することで1回のプリントで2種類の材料を同時に使用できます。2種類の異なる互換材料（例：水溶性のPVAサポート材）を組み合わせることで、スナップフィット構造や可動部品など、機械的機能を持つ製品を直接プリントすることが可能です。また、簡単に剥離できる分離材を使用することで、製品表面の滑らかさや質感を向上させ、後加工を削減できます。
光造形技術は、液体樹脂を材料として使用します。樹脂タンクにレジンを入れ、造形プラットフォームを樹脂内に浸した状態で、光照射パネルまたはUVレーザーによって光を照射します。照射された樹脂は硬化して形状を形成し、プラットフォームが樹脂タンクから上昇しながら一層ずつ積層して造形します。使用する光照射方式の違いによってSLA（レーザー）、DLP（プロジェクター）、LCD（LCDパネル）などと呼ばれますが、基本的な技術原理はほぼ同じです。工業用途での精度はSLAがDLPやLCDより高く、その分価格も高くなります。一方、最も導入しやすいのはLCD方式で、約8,000台湾ドル以内から購入可能です。
光造形技術は、精密なディテールを持つ複雑な部品やジュエリーデザインに適しています。ほぼすべてのケースでサポート構造が必要となりますが、一般的な換気設備の整った小規模な作業スペースや技術実験室でも使用できます。後処理はFDM技術と比較すると複雑で、通常はアルコールによる洗浄が必要です。また、用途に応じてUV硬化ボックス内で追加照射を行い、硬化を強化する場合もあります。樹脂材料には刺激臭があるものや可燃性のものがあり、保存期間も比較的短くなっています。また、新しい樹脂と使用済み樹脂を混ぜて使用することはできません。材料コストは他の2種類の技術より高めですが、光造形技術による造形物は最も滑らかな表面品質を実現でき、精密な造形物や小型部品のプロトタイプ製作に適しています。
SLS技術では、粉末状ポリマーを3Dプリント材料として使用します。装置内部に粉末材料を投入すると、内部機構によって薄い粉末層が造形エリア全体に均一に敷き詰められ、その後レーザーによって材料を融合させます。わずかに高さを変化させながら積層を繰り返すことで、最終的な造形物を完成させます。粉末材料が造形エリア全体を満たしているため、造形時にサポート構造を必要としません（プリント完了前は全体が密集した粉末によって支えられているため、中空部分の材料が落下する問題がありません）。未使用の粉末は、専用設備でふるい分けを行った後、新しい粉末と混合して再利用できます。
SLS技術は、複雑な構造や可動性の高い部品、空中に浮いた細かなディテールを持つ作品の製作に適しています。完成品はマットな質感となり、積層痕が目立ちにくい特徴があります。初期設定やメンテナンスの面では、SLSは3種類の3Dプリント技術の中でも比較的コストが高く、装置の操作難易度や複雑性も、前述したFFFやLCD技術より高くなります。3Dプリントを行う際は、粉末の無駄を減らすため、可能な限り装置内部の造形容量を最大限活用することが推奨されます。
・FDM熱溶解積層技術は、経済性に優れているため最も普及している方式です。装置サイズが比較的小さく操作も簡単なため、中小企業でもすぐに導入できます。また、必要な後加工や廃材処理も最小限で済みます。利用者が多いため、関連する情報やチュートリアルも豊富です。一方で、開発への参入が比較的容易であることから、市場には品質にばらつきのあるブランドも多く、購入時には十分な比較検討が必要です。

・SLA光造形技術は、複雑なディテールを持つ小型造形物、フィギュア、デザインモデル、ジュエリーなどのプリントに非常に適しています。完成品の表面は滑らかで、複雑な模様や形状を表現できますが、3種類の技術の中では物理的強度や機械性能は比較的低くなります。

・SLSレーザー粉末焼結技術は、優れた機械性能と機能性を持ち、工業用プロトタイプ製作に適しています。表面はマットな質感で、サポート構造を必要とせず、完成品は比較的強度と耐久性に優れています。ただし、操作難易度は比較的高く、粉末除去作業時にはマスクの着用が必要です。

3種類の技術にはそれぞれ異なる特徴があり、単純に優劣を決めるものではありません。適切な設計を行えば、どの技術でも可動構造や柔軟な材料を使用した3Dプリントが可能です。これらのデスクトップ型3Dプリンターは、社内で迅速な試作を行うのに適したサイズであり、製品開発期間とコストの削減に大きく貢献します。

ここまでの基本的な知識を理解すれば、光造形技術とSLS粉末焼結技術の仕組みについて理解できたと思います。近年では、この2つの技術からさらに発展した新しい3Dプリント技術として、PolyJet（カラーインクジェット）とMJF（マルチジェットフュージョン）が登場しています：

・PolyJet（カラーインクジェット）
PolyJetは、樹脂を直接インクジェット方式で噴射し、光造形の原理を利用して、噴射直後に高速光照射によって硬化させる技術です。一層ずつ硬化を繰り返すことで3Dプリントを完成させます。インクジェット方式では複数色の混合が可能なため、フルカラー3Dプリントや質感シミュレーション、さらに樹脂本来の透明性を利用したガラスやアクリルのような外観表現も可能です。
技術のさらなる進化により、PolyJetはPantoneカラーガイドに基づいた最大50万種類のカラー表現が可能になりました。さらに最大5種類の樹脂を同時にプリントでき、造形物の硬さや柔らかさも調整できます。これによりPolyJet技術は、製品設計開発や製品リニューアルにおける新しい選択肢となり、フルカラー表現を1回のプリント工程で完成させることができます。
PolyJet技術は主に3Dプリント大手Stratasysによって開発され、現在は100万台湾ドル以上の産業用クラスの装置として利用されています。しかし、弊社では3Dプリントサービスも提供しており、より低コストで高品質な試作を実現できます。
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・MJF（マルチジェットフュージョン）
SLS粉末プリントが持つ、一体成形による可動構造やサポート不要といった特徴は非常に魅力的です。しかし、粉末3Dプリントの方式は1種類だけではありません。世界的な大手メーカーであるHP（ヒューレット・パッカード）のMJF技術（Multi Jet Fusion）も、粉末材料を使用した別の造形方式のひとつです。 粉末を造形プラットフォーム上に均一に敷き、その後、造形エリアには溶融剤、非造形エリアには焼結を防ぐディテーリング剤を噴射します。続いて赤外線を照射すると、溶融剤が塗布された部分が熱を吸収して溶融・結合します。この工程を一層ずつ繰り返すことで3Dプリントが完成します。
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私たちは、より多くの方に3Dプリントについて理解していただくため、今後も関連知識を継続的に発信していきます。自社生産を行う場合でも、試作・製造サービスを利用する場合でも、技術への理解を深めることで最適な選択が可能になります。 関連内容にご興味がある方は、ぜひその他の記事もご覧ください。また、3DMartのFBページもぜひフォローしてください。最新情報を随時公開しており、常に最新技術の動向をチェックできます。

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